基于CCD星载相机图像采集电路设计与实现

0 引言
       自从CCD(电荷耦合器件)出现以来，由于其分辨率高、灵敏度高、噪声小、体积小、重量轻、可靠性高等优点，得到了很快的发展，目前已广泛应用于影像传感、卫星监控、空间遥感成像和对地观测等众多领域。对于一个CCD相机系统而言，其核心器件CCD传感器的性能直接影响整个相机系统的性能，而保障其发挥优良的设计难点在于高可靠性的驱动、偏置等与图像采集电路相关的设计，这给设计者带来了很大的麻烦。因此，设计出稳定可靠的CCD图像采集电路是保证CCD传感器乃至CCD相机系统正常发挥其功能的重要条件。

1 CCD相机图像采集电路结构
        CCD相机图像采集电路结构如图1所示。CCD传感器接收前端光学系统的成像，偏压电路为CCD传感器提供必需的偏置电压，可编程逻辑器件产生的时序脉冲经过驱动电路对CCD进行控制采集，输出保护电路可对CCD进行有效地防护保护，预处理电路对CCD输出的带噪模拟信号进行处理后便于后续电路使用。

2 CCD传感器的选用
        CCD传感器分为面阵CCD传感器和线阵CCD传感器。线阵CCD所需要的驱动时钟较少，驱动电路设计相对简单，面阵CCD所需要的驱动时钟较多，时序较为复杂，驱动电路设计也相对较难。这里我们选择DALSA公司的一款帧转移型面阵CCD1010M，因其具有良好的抗辐射设计，是航空、航天应用中理想的图像传感器，而且其分辨率为1024×1024，还具有良好的抗光晕性能，信号输出噪声低、动态范围大、100％光学填充效率、电荷转移效率高等特点，满足项目需求。它具有的多针相工艺(MPP)还能保证它在低照度下进行工作，通过延长曝光时间来记录非常弱的信号。这款CCD有四相感光区和存储区电极，三相水平读出移位寄存器电极，还有一个输出放大器。输出方式有双路输出和单路输出两种，单通道输出单色逐行扫描图像速度可达30帧／s，并且动态范围大于72dB，性能较为优异。